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      原油拱顶罐液位测量的方法和现状


      通过对原油缓冲罐液位测量问题进行研究,提出了原油拱顶罐液位测量的方法和现状,以及新的雷达波测距技术,介绍了采用雷达液位计作为液位测量仪表以及非接触式测量方式,解决原油缓冲罐的液位测量问题,说明了HLRD26GA雷达液位计的工作原理及特点,介绍了该型雷达液位计在原油罐上的安装要求、影响精度的因素,以及HLRD26GA基本参数的设置过程、故障排查的基本方法。

               

      长期以来,在原油拱顶罐的液位测量中,大多采用钢带液位计加人工检尺的方式进行。由于钢带液位计的浮球直接接触原油表面,易受凝油、结蜡、挂壁等现象的影响,同时钢带易产生弹性疲劳。钢带位置变送器含有大量机械器件,易发生卡钢带、卡轴等情况。所以钢带液位计维护量大、故障率较高,不适宜在原油罐中应用。而雷达液位计采用亳米级雷达波作为检测介质,采用非接触式测量方式,相对安全,且具有精度高、操作简单、维护方便的特点,更适合在原油罐上应用。

      1 检测原理及特点

      HLRD26GA雷达液位计采用脉冲时间行程方法进行距离测量,系统以固定的脉冲带宽,发射出某一固定频率的脉冲(即载波),在介质表面反射后由接收器接收,脉冲的时间行程t决定了发射点到介质表面的距离D,:

      D = (t×C) /2(1)

      式中:C为雷达波在空气中的传播速度,即光速。

      对于罐内液位的确定,雷达液位计用以下方式进行计算:

      L =E -D (2)

      液位计算的原理如图1所示,其中,E为罐的空高,即雷达波发射点(测量的参考点)到 液位的距离;L为罐内介质的实际液位;F为测量 值,即量程。

      相对以往的检测方式, HLRD26GA具有显著的优点:系统用石英晶体来控制载波脉冲的发射频率,保证频率的稳定性,提高测量精度。石英晶体的振荡频率受温度影响很小,所以在一个较大的温度变化范围内,脉冲雷达对温度的稳定性要求不高,测量精度基本不受温度的影响。测量方式采用非接触式测量,安全系数高,且不受液体粘度等的限制。脉冲雷达向振荡系统供电是间歇性的,只有约1 /300的工作时间。因此,脉冲雷达功耗很低,本安型仪器甚至可以在现场打开仪表。供电方式采用24VDC两线制供电,简单方便,DCS等系统的要求很低,相对其它测量方式更有安装简单、维护方便的特点。

      2 安装要求及影响因素

      2.1 HLRD26GA的安装要求

      HLRD26GA在安装时有一定的要求,安装位置如图2所示,按此要求进行安装才能达到较好的效果。

      在安装时,要尽量满足以下条件:

      ①对于圆形罐,液位计与罐壁的距离应介于罐径的1/6~1/4为宜,直径小的罐安装点距离罐壁的*近距离不能少于30 cm

      ②安装位置不能选择圆形罐的中间位置,这样将会干扰信号,并导致其消失。

      ③不要安装于被测液体流入口的正上方。

      ④不要在信号波的范围之内安装限位开关、温度传感器等装置。

      ⑤安装在罐内壁的对称装置,如空间环状物、加专线圈、障碍物也可能影响测量的准确性,如图3所示。

      ⑥在安装时,应将法兰上的标记指向罐壁(标记位于法兰的两个螺栓孔的正中间)

      ⑦安装时,喇叭天线应与液面垂直,以保证回波质量,避免出现假回波。

      ⑧喇叭状的天线一定要延长到连接管以下,否则就要用延长杆FAR10FAR100

      2.2 影响雷达测量的因素

      雷达液位测量仪表的精度在实际应用中与在参

      考条件下是不同的。其主要原因是罐体本身成为了测量系统的一部分。罐体及其内部的障碍物对微波的干扰决定了所能得到的精度。影响测量精度的因素有:

      ①仪表内部及天线连接处的阻抗跃变;

      ②安装短管内的阻抗跃变;

      ③罐内障碍物的干扰反射;

      ④由罐壁、罐顶及罐底引起的多次反射;

      ⑤高频头沾染粘附物;

      ⑥罐内油气或蒸汽过大,结露或产生过强的反射。

      如果采用在导波管中安装,还应注意:

      ①电磁波的时间行程发生了变化,此变化与导波管直径及其内部的平整程度有关;

      ②由于导波管内径变化等因素引起的电磁波传播方式的变化。

      3 HLRD26GA在缓冲罐上的应用

      由于中间站内的原油罐属缓冲罐,罐位的测量不做交接计量使用,所以选用HLRD26GA完全可以满足精度要求。但在安装位置上存在困难:罐位测量原来采用钢带式液位计,原安装孔过小,且原浮球导向钢丝会影响雷达测量精度和稳定性,不适合雷达液位计的安装。因此,只能用罐顶的入孔,但孔径较大。经过适当改造,加装变径法兰改变安装孔径,达到安装要求。

      本单位选取HLRD26GA液位计,防爆等级为Eexd( ia)CT6本安型,天线尺寸为喇叭型250mm/10",输出4~20mAHART,4行显示VU331

      采用以上形式安装完成后,需使用VU331操作模块对液位计进行设置和标定,其设置的选项和操作方法步骤如下:

      按E键进入主菜单,主菜单包括基本设定(BASIC SETUP),功能代码00;安全设定(SAFETYSETING),功能代码01;线性化(LINEARISATION),功能代码04等选项。光标选在 项(BASIC SETUP),E键确定,进入基本设定组。

      ②按E键后,进入“罐体形状”(tank shape 002)

      设定选项(功能号002),此功能用来选择安装罐体的形状,可供选择的项包括拱顶罐、卧式柱形罐、旁通管、导波管、平顶罐、球罐等。设定此项时,用“+”或“-”移动光标选择罐体形状,在此选择“拱顶罐”(DOMECEILING),E键确认。

      ③按E键确认后,进入下一选项“介质特性”

      (MEDIUM CONDITION),此功能用于选择所测介质的介电常数,应根据所测介质特性进行选择,介电常数的选择如表1所示。用“+”或“-”移动光标进行介电常数选择。由于测量介质为原油,所以选择1. 9~4. 0选项。

      ④按E键确认并进入下一项,“过程条件”(processcondition 004),此功能用于选择过程条件。可选择标准、平静表面、波动表面、搅拌器、快速变化、测试无滤波等。这里选择“标准”(standard)

      ⑤按E键确定并进入下一项,“空罐标定”(emp-ty calibration 005),此功能用于输入从法兰(测量的参考点)到 液位的距离(E=空罐标定-零点)。按“+”或“-”键,输入空高E(即雷达法兰面到罐底的距离,15m)

      ⑥按E键确认进入下一项满罐标定(full calibra-tion 006),此功能用于输入从 液位到 液位的距离(F=满罐标定-量程)。输入 量程值,此量程应与显示罐位的上位机相一致,15.0m

      ⑦其它设定。一般情况下,通过以上基本设定, HLRD26GA已经可以做测量工作。再根据出现的情况如测量不准、波动等进行相应的调整,并与控制室显示设备如DCS等连接后,雷达液位计就可投入使用。但如果在导波管内安装,需设定导波管的直径等参数,如果加装了延长管,还要设定延长管的长度等。

      4 易出现的问题及其处理

      HLRD26GA在应用过程中,也会出现一些问题。如出现了测量值跃变、示值波动、无输出等。现将易出现的故障列举如下,仅供参考:

      ①测量值在一定区间内跃变。出现此类情况,可能是被测液面不稳定,或原油挂壁现象严重造成的,即信号被削弱了。此外,雷达液位计发射天线附近有粘附物,也会使测量结果出现波动。

      ②测量值无变化。出现此类情况,可能是波束范围内有固定的反射面,造成强的干扰,应检查液位计安装孔,延长杆、罐壁等。此外,雷达液位计的电子模块失效也是主要原因,应联系维修人员进行检测和更换。

      ③失波,即回波太弱。可能的原因是天线方向与液面不垂直;液面扰动,有泡沫;雷达天线上结露或有粘附物。需调整天线方向、清洗天线等。

      ④此外还需注意,当雷达液位计从一个罐移到另一个罐使用时,若只基本设定的修改就投入使用,那样可能造成工作不稳定。这种情况下必须进行复位,使雷达液位计对新的安装环境进行重新学习,然后再进行基本参数设定,方可投入使用。

      ⑤如在使用中出现错误代码,可参照说明书附加的故障代码表进行处理。

      5 结束语

      HLRD26GA系列雷达液位计是一种“俯视式”时间行程测量系统。用于测量从参考点(即过程连接点)到物料表面的间距。天线发出雷达波脉冲,在被测物料表面产生反射,并被雷达系统所接收。天线接收反射的微波脉冲并将其传输给电子线路,微处理器对此信号进行处理,识别出微波脉冲在物料表面所产生的回波。HLRD26GA在原油缓冲罐上的应用,解决了多年来油罐液位测量的难题,它具有安装简单方便、附属器件少、测量过程不受介质密度和温度的影响等特点,这使它的应用更为广泛。

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